浅谈1000MW超超临界机组脱硝系统改造

浅谈1000MW超超临界机组脱硝系统改造

范晓辉王腾飞王俊野李帅

(国家电投河南电力有限公司平顶山发电分公司河南省平顶山市467312)

摘要：自机组运行以来，脱硝系统运行正常，满足环保排放要求。但由于国家和地方有关脱硝环保政策的日逐严厉，考虑到氨区液氨始终是一个重大危险源，近年来多次发生安全事故，同时严重影响电厂周围居民的生命安全，为最大程度地消除安全隐患，优化液氨制氨系统改为尿素制氨系统。

关键词：1000MW超超临界锅炉；液氨改尿素；脱硝改造

0引言

随着国家环保标准的逐渐提高，以及环保监管力度的逐年增加，电力行业的环保问题受到了广泛关注。脱硝装置是电力行业实现NOx达标排放的重要装置，近几年，火电厂已相继进行了脱硝改造。以下就国家电投河南电力有限公司平顶山发电分公司#2机组脱硝系统液氨改尿素工程过程进行简单探讨。

1.锅炉设备及改造背景

国家电投平顶山发电分公司1000MW燃煤机组的锅炉为东方锅炉(集团)股份有限公司生产的DG-3000/26．15-Ⅱl型、超超临界、变压直流、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天岛式布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、对冲燃烧、π型锅炉。

烟气脱硝系统：由东方电气集团东方锅炉股份有限公司第一次设计，于2015年由远达环保工程公司对氨区进行扩容改造。采取选择性催化还原（SCR）法来去除烟气中NOx，系统使用液氨作为还原剂。SCR反应器布置在锅炉省煤器与空预器之间。催化剂采用16孔蜂窝式催化剂。其还原剂区设置了两台卸料压缩机、两套液氨储罐，两台液氨蒸发器（一用一备）、两台气氨缓冲罐和一台氨气稀释罐。

烟气原脱硝装置设计输入相关参数如下：

1.1煤质参数

近两年有关无水氨及氨溶液泄漏事故频繁发生，导致了重大的人员伤亡及经济损失严重的后果，从而引起了国家对安全生产的高度重视，针对危险化学品出台的一系列法规，使得用液氨的成本也将大幅度增加，导致电厂脱硝使用液氨作为还原剂的成本也大幅度上升。出于尿素在运输、储存中无需安全及危险性的考量，对环境无害，以及不需任何的紧急措施来确保安全，更加适用于烟气脱硝工程，国家电投河南电力有限公司平顶山发电分公司在此背景下提出脱硝系统液氨改尿素工程。

2.改造方案

2.1优化改造原则

本次改造整体思路是采用尿素水解制氨技术，利用现有设备和场地条件，对脱硝还原剂制氨装置进行改造。主要设计原则：

1）改造工程建设规模按2×1030MW的脱硝装置全烟气量设计供应氨气。

2）改造工程立足NOx污染现状，结合国家和地方环境法规的要求，提出合理的、可行的控制目标，包括脱除率、NOx排放浓度和排放量。

3）降低工程造价，结合国内烟气脱硝的发展状况，除关键设备部件和仪表采用进口外，其余设备及材料均考虑由国内配套，并充分利用原有设备。

4）脱硝装置尿素制氨工艺是优化的，即在技术上先进适用、经济优化、操作可行，进度合理。且改造后，能达到预期的技术目标和最终要实现的社会经济效益。

5）在6%O2条件下，NOx排放浓度限值不大于50mg/Nm3。

6）原有脱硝装置硝区喷氨系统及稀释风系统需配合改造，烟气系统不做改造。

2.2工艺方案分析

烟气脱硝SCR主要通过液氨汽化或者尿素分解制备的氨气作为还原剂，其还原剂有以下三种：氨水、无水氨以及尿素。

对比水解、热解投资运行费用，虽然尿素水解工艺的初投资高，但运行费用低，采用水解技术一年节约的运行费用即可将高于热解的投资收回。因此，本次改造整体思路是采用尿素水解制氨技术。

2.3改造具体方案

本次改造按原烟气中NOx浓度为500mg/m3（标态、干基、6%O2），脱硝系统出口NOx浓度≤50mg/m3（标态、干基、6%O2）设计，脱硝系统效率达到90%，需氨气2×560kg/h。采用尿素水解制氨工艺，其原理是尿素水溶液在一定温度下发生分解，生成的气体中含二氧化碳、水蒸气和37%氨气。结合实际情况，从彻底消除危险源角度出发，提出增设尿素区，采用尿素水解法制氨，水解器与尿素储存区统一布置在原电除尘器道路两侧，同时配套喷氨系统改造。

2.4尿素水解制氨工艺

尿素的供应由运输卡车或罐车运送至尿素储存间存放，把干尿素通过气力输送设备或斗提机送入至尿素溶解罐。尿素在溶解罐中与除盐水或蒸汽疏水混合、加热、均匀搅拌，确保尿素的完全溶解(40～50％的尿素溶液)；经搅拌溶解合格的尿素溶液,温度约60℃,利用尿素溶液输送泵打入尿素溶液槽储存,用尿素溶液循环泵加压送至水解换热器,经饱和蒸汽通过盘管间接加热，在一定温度、压力下分解成氨气和二氧化碳，从水解反应器出来的产品气被热一次风稀释成小于5%的氨气，由氨喷射装置喷入脱硝装置与烟气中的NOx反应。负责袋装尿素的储存、尿素溶液的制取和储存、加热水解产生氨蒸汽、氨蒸汽输送等任务，主要包括：尿素颗粒储存及溶解系统、尿素溶液储存及输送系统、水解系统、加热蒸汽及疏水回收系统、管道伴热系统、其他辅助系统（除盐水补水系统、冲洗系统、废水系统）以及热工控制和电气系统。

其中，尿素颗粒溶解系统和尿素溶液储存及输送系统为2×1030MW机组公用系统。水解器设置3台（可采取2用1备），每台水解器供1台机组用。

尿素水解法SCR脱硝工艺流程

2.5工程能耗分析

1）工艺系统设计中考虑节能的措施

（1）脱硝系统采用目前世界上最先进和可靠的SCR工艺技术，工艺系统简单、成熟并有较高的脱硝效率。

（2）在需要加热的系统中，尽可能采用蒸汽加热型，有效利用电厂充足可利用的蒸汽资源。

2）主辅机设备选择中考虑节能的措施

（1）选用使用寿命长、再生性能好、压降低的催化剂。

（2）选用电耗低，运行经济性好的泵与风机。

（3）对于SCR脱硝装置，将采用CFD数值模拟和物理模型冷态实验进行优化设计，最大限度减小系统阻力。

3）节约原材料的措施

（1）根据现场具体情况，在进行土建结构设计时，充分考虑自然地基承载力，以缩短工期，同时节约大量水泥和钢筋。

（2）大量采用钢模板，节约木材，加速施工进度。

（3）优化尿素储存和供应系统的布置，使管道的用量尽可能达到最少。

3.成本核算及经济效益分析

3.1成本核算

本工程施工改造费用：总投资2975万元，其中设备购置费2020万元、建筑工程费285万元，安装工程费670万元。

3.2经济效益估算

1）脱硝系统改造完成后，年运营成本增加1203.1342万元，每单位环保电量将增加成本0.0014元/kWh。主要增加成本为折旧费增加、年维修费增加、财务费增加、蒸汽耗量增加、还原剂耗量增加导致的成本上升。

2）脱硝系统改造后消除了液氨区重大危险源，降低了脱硝系统运行的安全风险，但无改造收益，无法收回投资，平顶山脱硝项目年利润将下滑约43%（2015年平顶山脱硝净利润2099万）。

4.改造效果

4.1环境效益

脱硝系统投运后，排烟中NOx排放量减少90％以上，按年利用小时5500h计，设计NOx含量500mg/Nm3(实际煤种、干基、6%氧时,单台1030MW机组NOx年减排放量7979t；达到国家和地方环保部门规定的排放要求。同时对于降低平顶山市及周围地区大气污染指数，改善环境条件，为当地居民和工矿企业创造一个良好的生活和工作环境，都具有深远意义。

4.2经济效益

脱硝系统投运后，2台机组每年可以脱除NOx排量2×7979t（脱硝率按90%计），仍满足超低排放改造的要求，由于液氨是重大危险源，近年来多次发生安全事故，同时严重影响电厂周围居民的生命安全，一旦发生事故，这个经济损失是无法估量的。

4.3社会效益

电厂排放的污染物对环境质量的影响是不可忽视的，环境质量的恶化不利于社会经济的可持续性发展，也会给公众的身心健康造成伤害。氮氧化物的排放与酸雨的污染和温室气体的排放增加密切相关，NOx对空气环境质量的影响会加剧光化学污染、酸沉降污染和颗粒物污染，从而对人类健康和生态系统等造成危害。因此本次改造工程，不仅改善当地环境空气质量，对提高人民群众的生活质量水平有着重要意义。

5.结语

通过对国家电投河南电力有限公司平顶山发电分公司脱硝系统改造中出现的问题和解决方案，既解决了电力行业可持续发展的问题，也解决了大气环境质量改善的问题。同时也为国家电投其他单位燃煤机组脱硝系统改造提供了成功范例和可靠的数据支撑。

参考文献:

[1]王钟，王颖.1025t/h锅炉降低NOx排放研究[J].吉林电力，2005年06期.

[2]陈理.国外烟气脱硫脱硝技术开发近况[J].化工环保，21997年03期.

[3]李海滨.低氮燃烧结合SCR脱硝方案论证分析[J]．热力发电，2013年06期．